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中海油悬臂钢楼梯设计实例及小结

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （中国建筑标准设计研究院 宋文晶 胡天兵 申林）

    [提 要] 悬臂楼梯，因其具有较好的建筑效果，在实际设计中建筑师会经常采用。在以往的设计实例及资料中，多为悬臂钢筋混凝土板式楼梯。本文在工程设计实例的基础上，探讨了钢结构大悬臂楼梯的设计方法，并总结了大量计算模型，给出了标准节点，供设计人员参考。
    [关键词] 悬臂楼梯 钢楼梯 结构设计
    一、悬臂楼梯分类
    悬臂楼梯在18世纪50年代已开始采用，因为它在休息平台处没有柱子，所以有较好的建筑效果。
    常见的悬臂楼梯为Ⅱ型，直角型及V型。


    二、悬臂楼梯设计难点及设计方法
    悬臂楼梯是一种多次超静定空间结构，内力分析复杂、繁琐。所以模拟实际受力情况、建立科学模型、进而进行全面准确分析，是比较困难的。这也一直是结构设计中的一个难点。
    在已有的设计资料中，多为悬臂钢筋混凝土板式楼梯。目前，悬臂钢筋混凝土板式楼梯的设计计算方法主要有空间结构法和板的相互作用法。按空间构架法计算时，视楼梯斜板的中心线为斜向杆；平台板为半圆形杆，形成了空间构架，近似忽略了矩形平台板转角部分的影响。板的相互作用法是指在计算交线梁的内力与变形时，考虑上下斜板对它的作用，同样，在计算上下斜板时，也考虑交线梁对它的作用。悬臂钢筋混凝土板式楼梯造型新颖、空间感好，但当跨度或荷载较大时，板厚较大，不经济。

    三、悬臂钢楼梯设计实例及总结
    随着时代的发展，建筑的造型日益复杂多变。尤其是在一些大型公共建筑中，建筑师们往往喜欢在中厅布置一些造型优美、悬挑较大、较为宽阔的楼梯，以彰显建筑的华美与宏伟。结构师如何实现它，就成了一个亟待解决的问题。在北京东四D1区海洋石油办公楼项目中，设有一个Ⅱ型悬臂楼梯。楼梯悬挑长度8米，总高度4.5米，每一梯段宽度为1.6米。因建筑外型所需，每一梯段必须做成单梁形式。如何解决大悬挑问题；如何解决单梁的扭转及整体稳定性问题；如何解决梯梁与主体混凝土结构的连接节点问题，这些都是需要认真考虑并加以解决的。在实际设计中，采用了ETABS软件，建立了全空间的计算模型，把楼梯简化成三维框架单元组成的超静定结构体系。对内力、位移、应力比、整体稳定性都进行了全面的分析与控制。楼梯梁的截面采用焊接H型钢，规格为475x400x16x20。因为支座反力较大且应力复杂，考虑到“强节点、强锚固”的构造要求，在主体混凝土结构中设置了两道钢骨混凝土梁，两道楼梯梁与钢骨刚性连接（见图四）。为解决单梁的稳定性，绘制施工图时，加了构造边梁，并在主梁与边梁间增加了斜撑（见图五）。这种构造做法，极大地加强了悬挑钢楼梯的整体性，增强了抗扭转的作用。


    为了更好的起到借鉴作用，本文建立了120个计算模型，对不同荷载、不同高度、不同宽度的钢结构悬挑楼梯进行了内力分析与设计。计算模型图如下：

    文中悬挑钢楼梯全部采用单梁式，斜梯段的倾角都为29度，平梯段的长度全部相等，上下平梯段长度为1米，休息平台长度2米。钢材材质全部为Q345B。计算结果见附表所示。希望本文所做的工作能为今后悬调楼梯的设计工作提供一个参考。




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